固体废物水泥窑共处置技术的现状及发展

随着世界工业化和信息化进程的不断加快，工业废弃物的排放量不断增加，据有关资料统计，我国每年产生工业固体废弃物7.84亿t，其中危险废弃物1015万t，这些危险废弃物大都含有对人类自身和赖以生存的自然环境有严重影响的重金属元素，如何科学合理地处置这些废弃物，实现无害化和资源化，是全社会关注的热点。

水泥工业作为我国基础性原材料工业的支柱之一，在国民经济可持续发展中具有举足轻重的地位。水泥产量的高速增长，有力地支撑了我国经济的快速发展，但同时受到资源、能源与环境因素的制约。利用固体废物水泥窑共处置技术，既减小了固体废物引起的环境负荷，又实现了固体废物的资源化，为水泥生产提供了能源与资源。随着生产工艺与技术的不断改进与环境保护法规的不断完善，该项技术在发达国家的固体废物处理中得到了广泛的应用。固体废物水泥窑共处置技术在中国正处于起步阶段，虽已得到重视，但在技术和相关法规等方面还存在着严重的不足。

1固体废物水泥窑共处置技术

1.1固体废物水泥窑共处置的特点与优势

固体废物水泥窑共处置指的是在水泥的生产过程中使用废物，通过废物来替代一次燃料和原料，从废物中再生能量和材料。固体废物水泥窑共处置为水泥工业和废物的管理提供了更好的选择方式。对水泥工业而言，可节省燃料和原料，有助于进行经济有效的生产;对废物管理而言，这种废物回收利用方式，无须建立专门的废物焚化炉或废物填埋场地，节省了土地资源与资金的投入。这种废物处置方式从生态、社会和节约的角度对废物管理进行了优化，是废物处置方式的理想选择。

根据水泥工业的生产工艺和设备的要求，利用水泥窑处置废物有以下特点^[1~3]:

(1)焚烧温度高。水泥窑内物料温度一般高于1450℃，气体温度则高于1750℃，甚至可达更高温度。在此高温下，废物中有机物将彻底的分解，去除率一般在99.99%以上。

(2)停留时间长。废物在水泥窑高温状态下长时间的停留，有利于废物的彻底燃烧和分解。

(3)良好的湍流。水泥窑内高温气体与物料流动方向相反，湍流强烈，有利于气固相的混合、传热、传质、分解、化合、扩散。

(4)碱性的环境氛围。水泥窑内的碱性物质可以中和废物中的酸性物质为稳定的盐类(如，可中和强酸性的HCl类烟气)，非常适合处理各种有机废物，特别是稳定性强的含Cl有机物，有效抑制酸性物质的排放，便于尾气的净化。

(5)固化作用。在水泥窑煅烧废物的过程中，可将废物中的绝大部分重金属固化在熟料中，避免了重金属的再度扩散。

除此之外，水泥窑处置固体废物还有诸多的优点，如:无废渣排出、焚烧状态稳定、减少废气排放等，总之，水泥窑非常适合废物的处置。

1.2废物在水泥窑中的应用

水泥窑可以处置的废物包括工业废渣(燃料渣、冶金渣、化工渣等)、城市垃圾(废塑料、城市垃圾焚烧灰等)、各种污泥(污水处理厂污泥、下水道污泥、河道污泥等)、还有各种工业危险废物等。

根据废物的成分与性质，水泥生产过程中废物的利用主要有以下几种途径:

(1)以替代原料形式在水泥窑上煅烧熟料。主要有燃料渣(包括粉煤灰、煤矸石、炉渣等)、冶金渣(包括高炉矿渣、钢渣、赤泥等)、化工渣(包括碱渣、硫铁矿渣、电石渣等)。

(2)以替代燃料的形式在水泥窑上煅烧熟料。主要是高热值的有机废物，如废轮胎、废橡胶、废塑料、废油等。

(3)将废物以混合材的形式掺到熟料中磨制成水泥。

2 固体废物水泥窑共处置的主要原则

使用替代性燃料和原料能减少废物对环境的影响，能安全处置废物，减少废物处理费用，为水泥工业节省成本，为社会节约资源。但是，利用水泥窑处置废物必须遵守一些基本的要求和原则。

(1)替代性燃料和原料应满足一定的要求，必须经过性质及组分的分析，对于适合处理的废物做出限定，确保水泥生产的正常运行以及水泥产品的质量。如果它有可能增加有害物质的排放或对人体健康产生不利影响，则不予使用。使用替代性燃料和原料的公司应该有一个关于使用传统燃料和原料的长期、良好的跟踪记录。

(2)限制污染物的排放。在水泥生产中处置废物，必须保证进入空气中的排放物不高于采用传统原料、燃料生产时所排放的废物浓度。因此，必须对系统的排放进行严格限制，设置收尘装置和在线检测设备。根据具体情况的不同，采用连续监控和间断监控。

(3)水泥厂的经营者在接受任何替代性燃料和原料之前，必须知道其来源和产地，所有替代性燃料和原料在使用之前都必须进行测试。替代性燃料和原料的收集、运输、储存必须符合一定的安全要求。工厂必须制定、执行足够的应急计划，并告知所有员工。工厂必须有计划良好并且实用的质量控制系统。

(4)国家应建立适当的法律和规章制度，并将其融入到整个环境保护和废物管理的立法中。在环境影响评价的基础上，预测使用替代燃料和原料的潜在影响，确定替代燃料和原料的基准，制定废物的排放标准及可使用废物种类的选择。

3 国内外水泥窑共处置废物的现状

3.1发达国家水泥窑共处置废物的现状

日本的水泥工业从资源贫乏和填埋地不足的国情出发，重视废物的综合利用，贯彻可持续发展的方针。日本的水泥年产量1亿t以上的企业共有20家，全国水泥工厂共有36个。20世纪90年代，日本水泥工业已从其它产业接受大量废弃物和副产品，逐渐采用的废弃物有铸造业的铸型废砂、重油燃渣、废机油、废塑料、废木材等。到2001年，每吨水泥的废物利用量已达355kg，废物利用总量达到2800万t(见表2)^[4]。

自20世纪80年代以来，德国水泥工业中燃料替代率保持了迅猛增长势头(见图1)，2002年达到了35%，替代燃料总使用量达到126.9万t，替代原料的使用量也达到了668.4万t^[5]。

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20世纪80年代中期以来，美国利用水泥窑处理危险废物发展迅速。1994年美国共有37家水泥厂或轻骨料厂用危险废物作为替代燃料烧制水泥，处理了近300万t危险废物，占美国500万t危险废物的60%。全美国液态危险废物的90%在水泥窑进行焚烧处理。法国、挪威、加拿大等发达国家也利用水泥窑焚烧废物，并不断的提高工艺技术，提高替代燃料和原料的比率。

3.2中国利用水泥窑处置废物的现状

中国水泥企业利用固体废弃物生产水泥已有近百年的历史。自20世纪90年代以来，中国一直从事水泥窑共处置生产和研究方面的尝试，如上海万安企业在国内首创水泥窑焚烧危险废物;北京水泥厂利用水泥窑处置固体废物方面也进行了试烧试验，并取得了一定的成果。但总体而言，我国利用水泥窑处置废弃物的研究和生产仍处于起步阶段。

目前中国水泥厂对废物的利用主要局限于原料替代方面。目前国内绝大部分的粉煤灰、矿渣、硫铁矿渣等都在水泥生产中得到了利用和处理。2004年我国水泥产量9.70亿t，混合材掺加量达2.43亿t(见表3)，混合材料主要是矿渣、粉煤灰、石灰石、煤矸石、钢渣、沸石等。上海、北京、广州等城市很早以前就开始了"水泥工业处置和利用可燃性工业废物"问题的研究和工业实践。但是，中国水泥工业在燃料替代方面尚处于摸索阶段。

中国有关水泥窑共处置技术的相关政策法规尚未建立，企业的生产完全处于自发状态，环境保护部门和企业也处于无法可依、无据可循的处境。急需制定各项环保法规以及各项质检规范，保证技术的健康发展。

4 固体废物水泥窑共处置的发展前景

欧美等发达国家对水泥窑共处置技术的研究与开发情况，代表了水泥窑共处置技术的最新发展方向，主要体现在以下三个方面。

(1)不断改进工艺。采用新工艺和新设备，降低能耗，在保证水泥质量的基础上，增强对各种废物的适应性，扩大可利用废物的范围。

(2)减少生产中对环境的负荷。通过改进工艺和使用在线检测仪器，减少各种污染物的排放，实现零污染，扩大替代原料和燃料的用量比例，减少石灰石等天然资源的用量，节省烧制水泥所消耗的原料及能量。

(3)扩大利废范围。广泛的利用各种城市垃圾和工业固体废弃物，扩大替代原料和燃料的种类，以减轻废物对环境的负荷。

对于西方的一些发达国家，水泥窑共处置技术存在的必要性已日益表现在其对废物的处理技能上，其水泥工业本身的经济效益已不重要，然而对于我国这样的发展中国家，水泥厂的经济效益仍是头等大事，不过水泥工业利用废弃物的优势仍激励我们研究和利用水泥窑共处置技术，并已得到了国家和企业的重视，且处于发展的良好势头。今后，我国水泥窑共处置技术的发展主要体现在以下几个方面:

(1)建立相关的法律法规

a.制定污染物的排放标准。利用水泥窑处置固体废物，可能产生额外的或更高的污染物排放，因此需要对系统排放的气体进行严格的限制，增加必要的在线测量装置和收尘设备。主要监测项目为:重金属的含量(Hg、As、Pb、Cr、Mn、Ni、Cd等)，二恶英/呋喃，总氯等。

b.制定废弃物的使用标准。废弃物在使用前必须经过分析检验，主要分析项目有:重金属(mg/kg)、氰化物、总氯、PCB等各种可引起环境污染和影响水泥质量的元素和物质。

c.建立相关的产品质量标准和审批许可制度，建立技术标准、预处理工艺等。

(2)开发利废新技术

a.固体废弃物水分、成分分析、控制技术以及所需新型分析、控制设备的研究开发。

b.固体废弃物的预处理设备与技术。为了提高废物处理效率，保证水泥的安全生产，必须对某些废物进行预处理。

c.喂料方式与位置的研究。包括替代原料、替代燃料和混合材料。

(3)扩大利废范围的研究

当前中国利用水泥处置和利用的废物种类与发达国家有很大的不同。发达国家在水泥厂主要利用废橡胶制品、废轮胎、废塑料、废油、废溶剂、污泥、废木料等作为替代燃料。目前，中国的废轮胎、废矿物油等尚未得到有效控制，水泥厂处置和利用的主要是印刷厂的废油墨，化学工业的有机溶剂和废液、废油漆、废酸、废碱等。为了扩大水泥窑处置废物的种类以及维护水泥企业利废工艺的长时间的正常运转，势必要增加利废的范围与数量。

参考文献:

[1]崔素萍.水泥工业处理废弃物优势及问题分析[J].建材发展导向,2003(3):49~52.

[2]李湘洲.城市可燃废弃物在水泥工业中的应用[J].中国水泥,2003(9):79~82.

[3]刘建国.危险废物水泥窑处置.2003.联合国工业发展组织,中国清洁固体废物管理培训手册,第九章.

[4]郭廷杰.日本水泥工业废物综合利用情况简介[J].中国资源综合利用,2004(7):39~40.

[5]TheGTZ-HolcimPublicPrivatePartnership.Guidelinesonco-processingwastematerialsincementproduction[M].2006:A6-A7.

[6]韩仲琦.我国水泥工业处置废物的发展现状[J].水泥技术,2006(6):26~27.